KR20230138641A - 여러 개의 디스크 형태의 패널들이 중첩된 반응 유로를 갖는 바이오 디젤 제조용 극소 반응기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알코올을 제 1 원주 상에 형성된 다수개의 알코올 분배구를 통해 분배하고, 유지를 상기 제 1 원주의 외측에서 정의되는 제 2 원주 상에 상기 다수개의 알코올 분배구와 대응하여 형성된 다수개의 유지 분배구를 통해 분배하는 분배구 형성부와, 상기 분배구 형성부의 상측에 배치되고, 각각이 상기 알코올 분배구와 대응하는 위치의 알코올 유입단과 상기 유지 분배구와 대응하는 위치의 유지 유입단 사이를 연결하는 다수개의 제 1 반응 유로가 형성된 제 1 반응 유로 형성부와, 상기 제 1 반응 유로 형성부의 상측에 배치되고, 다수개의 반응물 안내구가 상기 각각의 제 1 반응 유로의 상기 알코올 유입단과 상기 유지 유입단 사이의 소정 혼합 지점과 대응하는 위치에 형성되어 상기 반응물을 상측으로 안내하는 반응물 안내구 형성부와, 상기 반응물 안내구 형성부의 상측에 배치되고, 상기 다수개의 반응물 안내구를 통해 유입된 반응물을 안내하는 제 2 반응 유로를 형성하는 제 2 반응 유로 형성부를 포함한다.
Description
본 발명은 유지를 알코올과 에스테르화 반응시키는 바이오 디젤 제조용 극소 반응기에 관한 것이다.
유지(soybean oil)는 차량 연료로 사용하기에 충분한 열량을 가지고 있지만 차량의 디젤 엔진에 직접 사용하기에는 점도가 너무 높다. 따라서 유지에 촉매를 넣고 알코올과 반응시키면 세 분자의 알킬에스테르와 글리세린으로 분해된다. 이때 반응에 의해 생산된 알킬에스테르를 바이오 디젤이라 한다.
알코올은 모든 종류가 사용 가능하지만 가격이 저렴한 메탄올이 많이 사용되고 있다.
유지를 알코올과 반응시키는 공정은 교반식 반응기가 많이 사용된다. 교반식 반응기을 사용하는 공정은 유지에 촉매제가 포함된 반응물을 가열 및 교반하고 일정시간 정체시킨 후 수차례에 걸쳐 물로 세척하고 다시 정체시키는 일괄 처리 방식(batch process)이다.
최근에는 교반식 반응기보다 에너지, 시간, 제조공간 등 간접비용을 절감할 수 있는 것으로, 2014 미국화학학회(Reprinted with permission from Dai et al.(2014). Copyright 2014 American Chemical Society.)에서 모든 공정에 정체가 없는 연속 처리 방식(continuous process)의 극소 반응기(The configuration of zig-zag micro-channel reactor with zig-zag mixers)가 소개된 바 있다.
도 1을 참조하면, 연속 처리 방식의 극소 반응기는 사각 판재(100)의 표면에 음각 유로를 형성한 판형이다. 이 판형 극소반응기의 유로, 즉 유체의 회로를 설명하면 다음과 같다.
인렛 1(inlet 1)(101)에 메탄올과 수산화칼륨의 혼합 용액을 주입하면 후면에 음각된 분류 라인(line)을 통하여 흐르다가 믹싱 포인트 홀(mixing point hole)(106)을 통해 전면으로 흘러나온다. 아울러 인렛 2(inlet 2)(102)에 유지를 주입하면 전면에 음각된 분류 라인(104)을 통하여 믹싱 포인트 홀(106)에 이르게 된다.
믹싱 포인트 홀(106)에서 만난 두 용액이 전면에 음각된 믹싱 채널(mixing channel)(107)을 통하여 지그재그로 흐르면서 뒤섞이고 에스테르화 반응이 이루어지며, 전면에 음각된 리액션 채널(reaction channel)(109)에서 에스테르화 반응이 완전히 이루어짐으로써 바이오 디젤이 만들어진다.
지그재그 모양을 비롯한 극소 반응기에서의 ”유로 형상”은 기준치인 순도 96.5% 이상의 바이오 디젤을 생산함에 있어 유지, 알코올, 촉매제의 종류 및 함량과 반응 온도 조건 등과 함께 중대한 영향을 미친다. 이를 테면 극소 반응기의 유로의 기하학적 구조에 의해 유지와 알코올이 최초로 만날 때의 혼합방식, 유동 속도 및 체류 시간, 유로 단면적의 크기, 유로 형상에 따른 유체의 거동, 유체가 유로를 통과하면서 층류를 형성하는지 난류를 형성하는지 혹은 복잡한 카오스이류(Chaotic advection)의 흐름을 형성하는지 등과 같은 제반 문제들이 결정될 수 있다.
여기서 도 1에 도시된 바와 같은 종래 기술은 첫째, 분류 라인(104)이 다단계에 걸쳐 가지형으로 퍼지는 구조인데, 이러한 분류구조는 사용 도중 불순물 등에 의해 분류 라인(104)이 막히거나 유량이 줄어들 수 있으며, 따라서 믹싱 포인트 홀(106)에서 두 용액의 혼합비율이 달라져 바이오 디젤의 순도에 악영향을 미친다. 특히 분류 라인(104)이 가지형이기 때문에 시작 단계부터 막히면, 바이오 디젤의 순도에 미치는 영향이 매우 커진다.
둘째, 믹싱 포인트 홀(106)에서 인렛 1(101)을 통해 공급되는 용액은 후면에서 전면으로 솟구쳐 나오고, 인렛 2(102)를 통해 공급되는 용액은 상측에서 하측으로 유동하여, 두 용액이 서로 90도 방향에서 만나 충돌하기 때문에 혼합 반응율이 낮다.
셋째, 유로 단면 크기 및 유로 길이를 변경할 수 없다.
넷째, 다수개의 믹싱 채널(107)이 큰 공간인 캐비티 채널(cavity channel)(108)에서 모이고, 리액션 채널(109)을 이루는 1개의 유로로 안내되기 때문에 캐비티 채널(108)과 리액션 채널(109) 사이에서 병목 현상이 발생하여 생산량이 적으며, 리액션 채널(109)의 유로가 막히면 전체 생산이 중단된다.
"The configuration of zig-zag micro-channel reactor with zig-zag mixers" Reprinted with permission from Dai et al.(2014). Copyright 2014 American Chemical Society.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 첫째, 유로가 일부 막히더라도 두 용액이 적정한 비율로 혼합될 수 있는 바이오 디젤 제조용 극소 반응기를 제공하는 것이다.
둘째, 두 용액이 만나는 혼합방식을 개선하여 혼합효율을 높이는 바이오 디젤 제조용 극소 반응기를 제공하는 것이다.
셋째, 유로 단면 크기 및 유로 길이의 변경을 용이하게 하여 적정한 순도의 바이오 디젤을 생산할 수 있는 바이오 디젤 제조용 극소 반응기를 제공하는 것이다.
넷째, 병목 현상 및 유로 막힘 현상에 의한 저생산을 방지할 수 있는 바이오 디젤 제조용 극소 반응기를 제공하는 것이다.
본 발명은 알코올을 제 1 원주 상에 형성된 다수개의 알코올 분배구를 통해 분배하고, 유지를 상기 제 1 원주의 외측에서 정의되는 제 2 원주 상에 상기 다수개의 알코올 분배구와 대응하여 형성된 다수개의 유지 분배구를 통해 분배하는 분배구 형성부와, 상기 분배구 형성부의 상측에 배치되고, 각각이 상기 알코올 분배구와 대응하는 위치의 알코올 유입단과 상기 유지 분배구와 대응하는 위치의 유지 유입단 사이를 연결하는 다수개의 제 1 반응 유로가 형성된 제 1 반응 유로 형성부와, 상기 제 1 반응 유로 형성부의 상측에 배치되고, 다수개의 반응물 안내구가 상기 각각의 제 1 반응 유로의 상기 알코올 유입단과 상기 유지 유입단 사이의 소정 혼합 지점과 대응하는 위치에 형성되어 상기 반응물을 상측으로 안내하는 반응물 안내구 형성부와, 상기 반응물 안내구 형성부의 상측에 배치되고, 상기 다수개의 반응물 안내구를 통해 유입된 반응물을 안내하는 제 2 반응 유로를 형성하는 제 2 반응 유로 형성부를 포함한다.
상기 제 1 반응 유로는 상기 다수개의 제 1 반응 유로의 중심에 대한 소정의 반경방향에 대하여 기울어져 형성될 수 있다. 상기 제 1 반응 유로는 상기 알코올 유입단에서 상기 혼합 지점을 향해 상기 알코올을 안내하며 일방향으로 만곡된 제 1 곡선 유로 및 상기 유지 유입단에서 상기 혼합 지점을 향해 상기 유지를 안내하며 상기 제 1 곡선 유로와 반대 방향으로 만곡된 제 2 곡선 유로로 이루어질 수 있다.
상기 제 2 반응 유로 형성부는, 하측으로부터 상기 반응물이 유입되는 유입단과 상기 유입단보다 외측 또는 내측에 위치된 배출단을 연결하는 수평 유로를 형성하는 적어도 하나의 수평 유로 형성 패널과, 상기 수평 유로 형성 패널의 상측에 배치되며, 다수개의 수직 유로가 상기 각각의 수평 유로의 배출단과 대응되는 위치에 형성되어 상기 반응물을 상측으로 안내하는 적어도 하나의 수직 유로 형성 패널을 포함할 수 있다. 상기 수평 유로는 상기 유입단에서 상기 배출단을 향해 지그 재그 형태로 형성될 수 있다.
상기 수평 유로 형성 패널은 상기 반응물 안내구 형성부 상측에 배치되며, 각각이 상기 반응물 안내구와 연결되는 다수개의 제 1 패턴의 수평 유로가 형성되고, 제 1 패턴의 수평 유로는 상기 반응물 안내구와 연결된 유입단과 상기 유입단보다 내측 또는 외측에 위치된 중간 지점을 연결하는 제 1 방향 유로 및 상기 중간 지점과 상기 유입단을 기준으로 상기 중간 지점과 반대쪽에 위치된 배출단을 연결하는 제 2 방향 유로로 이루어진 제 1 패턴형 패널과, 상기 제 1 패턴형 패널보다 상측에 배치되며, 상기 유입단에서 상기 배출단을 향해 일방향을 따라 형성된 제 2 패턴의 수평 유로가 형성된 하나 또는 둘 이상의 제 2 패턴형 패널을 포함할 수 있다.
상기 제 2 반응 유로 형성부 상측에 배치되며, 상기 제 2 반응 유로와 연결되어 생성한 바이오 디젤을 배출구로 안내하는 공동구 형성부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바이오 디젤 제조용 극소 반응기는, 첫째, 다수개의 알코올 분배구와 다수개의 유지 분배구가 방사형으로 배치되기 때문에 분배구 일부가 막혀도 나머지 분배구에서는 알코올과 유지가 적정한 혼합 비율로 혼합하여 반응할 수 있어 고순도의 바이오 디젤을 생산할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 알코올과 유지가 동일한 평면상에서 정면으로 만나 충돌하면서 혼합하기 때문에 혼합 반응율이 향상되는 효과가 있다.
셋째, 각 유로의 원판 적층 갯수를 조절하여 유로 단면 크기 및 유로 길이를 쉽게 변경할 수 있어 적정한 순도의 바이오 디젤을 생산할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 다수개의 제 1 반응 유로와 대응하여 다수개의 제 2 반응 유로를 형성하여 극소로 분류된 상태로 반응물을 안내하기 때문에 병목 현상에 의한 유동 정체가 방지될 수 있고, 제 2 반응 유로 일부가 막히더라도 나머지 제 2 반응 유로에는 영향이 없어 생산 중단이 방지될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 지그재그 마이크로 채널 리액터를 도시한 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 디젤 제조용 극소 반응기의 일부를 절개하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 분배구 형성부를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 분배구 형성부를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 분배구 형성부와 제 1 반응 유로 형성부를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 극소 반응기 일부를 도시한 분해 사시도이다.
도 7은 도 2에 도시된 극소 반응기의 공동구 형성부를 나타낸 분해 사시도이다.
도 8은 도 2에 도시된 극소 반응기의 유로 경로를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 디젤 제조용 극소 반응기의 일부를 절개하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 분배구 형성부를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 분배구 형성부를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 분배구 형성부와 제 1 반응 유로 형성부를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 2에 도시된 극소 반응기 일부를 도시한 분해 사시도이다.
도 7은 도 2에 도시된 극소 반응기의 공동구 형성부를 나타낸 분해 사시도이다.
도 8은 도 2에 도시된 극소 반응기의 유로 경로를 나타낸 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 디젤 제조용 극소 반응기의 일부를 절개하여 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 분배구 형성부를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 2에 도시된 분배구 형성부를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 분배구 형성부와 제 1 반응 유로 형성부를 도시한 평면도이고, 도 6은 도 2에 도시된 극소 반응기 일부를 도시한 분해 사시도이고, 도 7은 도 2에 도시된 극소 반응기의 공동구 형성부를 나타낸 분해 사시도이고, 도 8은 도 2에 도시된 극소 반응기의 반응 유로 경로를 나타낸 도면이다.
이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오 디젤 제조용 극소 반응기를 설명한다.
본 발명의 바이오 디젤 제조용 극소 반응기는, 중공을 형성하는 바디(10)와, 바디(10)의 상측에 배치되는 바이오 디젤 배출부(20)와, 바디(10)의 하측에 배치되는 분배구 형성부(30)와, 중공에 배치되는 반응 유로 형성부(40,50,60)를 포함하며, 대략 원통 구조로 이루어질 수 있다.
바이오 디젤 배출부(20)는 바디(10)와 대응하는 직경의 원형 블록 형태일 수 있다. 바이오 디젤 배출부(20)의 상면 중앙 부분이 반응 유로 형성부(40,50,60)와 대응하는 직경으로 이루어지고 상측으로 연장 형성되어 제 1 원형 돌출부(21)를 형성할 수 있다. 제 1 원형 돌출부(21)에는 생산한 바이오 디젤을 배출하는 배출구(1)가 구비되고, 배출구(1)에 배출 밸브(미도시)가 배치될 수 있다.
분배구 형성부(30)는 바디(10)와 대응하는 직경의 원형 블록 형태일 수 있다. 분배구 형성부(30)는 베이스 패널(4)에 배치되어 지지될 수 있다. 분배구 형성부(30)는 내부에 메탄올 등 알코올을 안내하는 알코올 안내로(32)와 유지를 안내하는 유지 안내로(36)를 각각 형성한다. 분배구 형성부(30)의 외측면 일측에는 알코올 안내로(32)의 입구를 이루는 알코올 주입구(2)가 구비되며, 알코올 주입구(2)에는 알코올 주입 밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 분배구 형성부(30)의 하측면에는 유지 안내로(36)의 입구를 이루는 유지 주입구(3)가 형성되며, 유지 주입구(3)에는 유지 주입 밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 유지 안내로(36)는 다수개의 유지 분배구(36a)와 대응하여 다수개로 이루어져 방사상으로 배치될 수 있다.
분배구 형성부(30)의 상면 중앙 부분이 반응 유로 형성부와 대응하는 직경으로 이루어지고 상측으로 연장 형성되어 제 2 원형 돌출부(31)를 형성할 수 있다.
제 2 원형 돌출부(31)에는 제1 원주 상(C1)에, 알코올 안내로(32)의 출구를 이루며, 상하방향으로 개구된 다수개의 알코올 분배구(32a)가 형성될 수 있다. 또한 제 2 원형 돌출부(31)에는 제 1 원주(C1)와 동일한 수평면 상에서 제 1 원주(C1)의 외측에서 정의되는 제 2 원주(C2) 상에, 유지 안내로(36)의 출구를 이루며, 다수개의 알코올 분배구(32a)와 대응하여 상하방향으로 개구된 다수개의 유지 분배구(36a)가 형성될 수 있다. 따라서 처음부터 알코올 및 유지가 소분되어 독립적으로 유동되기 때문에 일부 분배구(32a,36a)가 막히더라도 나머지 분배구(32a,36a)에 영향이 없어 알코올과 유지의 혼합비율이 적정 수준으로 유지될 수 있다.
한편 제 2 원형 돌출부(31)에는 알코올 안내로(32)를 형성하며, 제 1 원주(C1)와 제 2 원주(C2) 사이에서 정의되는 제 3 직경의 알코올 공동구(32b)가 형성될 수 있고, 알코올 공동구(32b)에는 다수개의 알코올 분배구(32a)가 형성된 캡(32c)이 배치될 수 있다. 제 2 원형 돌출부(31)의 외측에는 오링(33)이 끼워질 수 있다.
알코올 분배구(32a)와 유지 분배구(36a)의 분류 개수는 극소 반응기의 용량 등에 따라 결정될 수 있다. 예컨대 알코올 분배구(32a)와 유지 분배구(36a)의 분류 개수는 1 ~ 16 사이의 개수에서 결정될 수 있으며, 가지형이 아닌 방사형 분류 구조이므로 짝수뿐만 아니라 홀수도 가능하다. 다수개의 알코올 분배구(32a)와 다수개의 유지 분배구(36a)는 등각으로 배치되며, 동일한 각위치에 배치될 수 있다. 즉 소정의 반경방향을 따라 어느 하나의 알코올 분배구(32a)와 어느 하나의 유지 분배구(36a)가 일렬 배치될 수 있다.
반응 유로 형성부(40,50,60)는 분배구 형성부(30) 상측에 배치되는 제 1 반응 유로 형성부(40)와, 제 1 반응 유로 형성부(40) 상측에 배치되는 반응물 안내구 형성부(50)와, 반응물 안내구 형성부(50) 상측에 배치되는 제 2 반응 유로 형성부(60)를 포함할 수 있다.
제 1 반응 유로 형성부(40)는, 각각이 알코올 분배구(32a)와 대응하는 위치의 알코올 유입단(42a)과 유지 분배구(36a)와 대응하는 위치의 유지 유입단(42b) 사이를 연결하는 다수개의 제 1 반응 유로(42)가 형성된다. 따라서 알코올과 유지가 동일한 수평면 상에서 서로 정면으로 만나 충돌하면서 혼합되기 때문에 유동 방향만 정반대일 뿐이어서 나머지 유동 조건을 제어하기 쉬워 불확실성을 낮출 수 있고, 초기 혼합 반응율을 높일 수 있다.
제 1 반응 유로(42)는, 제 1 반응 유로 형성부(40)의 중심에 대한 반경방향(R)에 대하여 소정 각도 기울어져 배치될 수 있다. 즉 각각의 제 1 반응 유로(42)는 각위치가 서로 다른 알코올 유입단(42a)과 유지 유입단(42b)을 연결할 수 있다. 제 1 반응 유로(42)는 곡선 유로로 이루어질 수 있다. 즉 제 1 반응 유로 형성부(40)는, 알코올 유입단(42a)과 유지 유입단(42b) 사이의 소정 혼합 지점을 향해 알코올 유입단(42a)으로부터 알코올을 안내하며 시계 또는 반시계방향 중 어느 일방향으로 만곡된 제 1 곡선 유로(42c)와, 유지 유입단(42b)으로부터 혼합 지점을 항해 유지를 안내하며 제 1 곡선 유로(42c)와 반대 방향으로 만곡된 제 2 곡선 유로(42d)로 이루어질 수 있다. 따라서 반경방향에 따른 제 1 원주(C1)와 제 2 원주(C2) 사이 거리보다 제 1 반응 유로(42)의 유로 길이를 더 길게 형성할 수 있고, 알코올과 유지가 제 1 반응 유로(42)를 따라 유동되는 동안 회전력이 발생하여 알코올과 유지의 혼합 반응율이 보다 향상될 수 있다.
한편 제 1 반응 유로 형성부(40)는 소정 직경의 원형으로 이루어질 수 있다. 제 1 반응 유로 형성부(40)는 하나의 원판으로 이루어지거나 둘 이상의 원판이 상하방향을 따라 동축으로 적층되어 이루어질 수 있다. 따라서 제 1 반응 유로 형성부(40)의 원판 갯수에 따라 제 1 반응 유로(42)의 유로 단면 크기 및 유로 길이 변경이 용이해질 수 있다.
반응물 안내구 형성부(50)는 다수개의 반응물 안내구(52)가 각각의 제 1 반응 유로(42)의 혼합 지점과 대응하는 위치에 형성되어 혼합 지점의 반응물을 상측으로 안내한다. 반응물 안내구(52)는 상하 관통된 원형 홀로 형성될 수 있다. 반응물 안내구 형성부(50) 또한 소정 직경의 원형으로 이루어지며, 유로 단면 크기 및 유로 길이에 따라 하나의 원판으로 이루어지거나 둘 이상의 원판이 상하방향을 따라 동축으로 적층되어 이루어질 수 있다.
제 2 반응 유로 형성부(60)는 다수개의 반응물 안내구(52)를 통해 유입된 반응물을 바이오 디젤 배출부(20)의 배출구(1)로 안내하는 소정 패턴의 제 2 반응 유로를 형성한다.
제 2 반응 유로 형성부(60)는, 각각의 반응물 안내구(52)와 연결되어 반응물을 배출구(1)로 안내하는 다수개의 제 2 반응 유로를 형성한다. 즉 다수개의 반응물 안내구(52)를 통해 안내된 반응물들이 서로 겹치지 않고 극소로 분류된 상태 그대로 제 2 반응 유로를 따라 안내하기 때문에 반응율이 향상될 수 있고, 다수개의 제 2 반응 유로 중 일부가 막히더라도 나머지 제 2 반응 유로를 통한 바이오 디젤의 생산이 가능하므로 전체적인 생산량에는 큰 영향을 주지 않을 수 있다.
이러한 제 2 반응 유로 형성부(60)는, 수평면을 따라 반응물을 안내하는 다수개의 수평 유로(62,64)를 형성하는 수평 유로(62,64) 형성 패널(61,63)과, 수평 유로(62,64) 형성 패널의 상측에 배치되며 상측으로 반응물을 안내하는 다수개의 수직 유로(66)를 형성하는 수직 유로 형성 패널(65)로 구성될 수 있다.
수평 유로(62,64)는 하측으로부터 반응물이 유입되는 유입단과 유입단보다 외측 또는 내측에 위치된 배출단을 연결하되, 유입단에서 배출단을 향해 지그 재그 형태로 형성될 수 있다. 따라서 유로 길이를 길게 만들 수 있고, 반응물이 동적으로 유동하여 반응율이 향상될 수 있다.
수평 유로(62,64) 형성 패널은 반응물 안내구 형성부(50) 상측에 배치되며 제 1 패턴의 수평 유로(62)가 형성된 하나의 제 1 패턴형 패널(61)과, 제 2 패턴형 패널(63)보다 상측에 배치되며 제 2 패턴의 수평 유로(64)가 형성된 제 2 패턴형 패널(63)로 이루어질 수 있다.
제 1 패턴의 수평 유로(62)는, 반응물 안내구(52)와 연결된 유입단(62a)과 유입단(62a)보다 내측 또는 외측에 위치된 중간 지점(62b)을 연결하는 제 1 방향 유로(62d)와, 제 1 방향 유로(62d)와 연결되며 중간 지점(62b)과 유입단(62a)을 기준으로 중간 지점(62b)과 반대쪽에 위치된 배출단(62c)을 연결하는 제 2 방향 유로(62e)로 구성될 수 있다. 즉 제 1 패턴의 수평 유로(62)는 유입단(62a)과 배출단(62c)을 바로 연결하지 않고 중간 지점(62b)을 경유하여 연결하여 유로 길이를 길게 할 수 있다. 제 1 패턴의 수평 유로(62)의 중간 지점(62b), 배출단(62c)은 제 1 반응 유로(42)와 대응하여 제 1 원주(C1) 또는 제 2 원주(C2) 상에 위치될 수 있다.
제 2 패턴의 수평 유로(64)는 유입단에서 배출단을 향해 일방향을 따라 형성될 수 있다. 제 2 패턴의 수평 유로(64)의 유입단과 배출단은 각각 제 1 반응 유로(42)와 대응하여 제 1 원주(C1) 또는 제 2 원주(C2) 상에 위치될 수 있다. 제 2 패턴형 패널(63)은 유로 단면 크기 및 유로 길이에 따라 제 2 패턴의 수평 유로(64)가 반복될 수 있게 하나 또는 두개 이상 구성될 수 있다. 다만 최상단에 적층되는 제 2 패턴의 수평 유로(64)의 배출단이 바이오 디젤 배출부(20)의 배출구(1)와 대응하는 원주 상에 위치될 수 있게 세팅함으로써 제 2 반응 유로를 더 적절하게 설계할 수 있다.
수직 유로(66)는 수평 유로(62,64)의 배출단과 대응되는 위치에 따라 제 1 원주(C1) 또는 제 2 원주(C2) 상에 형성될 수 있다.
따라서 각각의 제 2 패턴형 패널(63)과 수직 유로 형성 패널(65)을 하나 또는 둘 이상 조합하여 유로 단면 크기 및 유로 길이를 변경할 수 있다. 한편 수평 유로(62,64) 형성 패널과 수직 유로 형성 패널(65)을 하나의 세트로 세팅하고, 유로 단면 크기 및 유로 길이에 따라 세트 단위로 추가할 수 있다.
본 발명은 제 2 반응 유로 형성부(60) 상측에 배치되는 공동구 형성부(70)를 더 포함할 수 있다. 공동구 형성부(70)는 다수개의 제 2 반응 유로들을 하나로 모으며, 상측에 배치된 바이오 디젤 배출부(20)의 배출구(1)와 연결되는 공동구(72)를 형성한다. 공동구(72)는 바이오 디젤 배출부(20)의 배출구(1)와 대응하여 공동구 형성부(70)의 중앙에 형성되며, 제 1 원주(C1)와 대응하는 직경으로 상하 관통된 홀로 형성될 수 있다. 공동구 형성부(70) 또한 하나의 원판 또는 상하 적층된 2개 이상으로 원판으로 이루어질 수 있다.
이러한 제 1 반응 유로 형성부(40), 반응물 안내구 형성부(50), 제 2 반응 유로 형성부(60) 및 공동구 형성부(70)에 유로를 상하 관통된 홀 형태로 형성할 수 있어 각각의 유로를 디자인하고 형성하기 쉽다.
한편 제 1 반응 유로 형성부(40), 반응물 안내구 형성부(50), 제 2 반응 유로 형성부(60) 및 공동구 형성부(70)를 결속핀(7)으로 일체로 결속하고, 일렬로 정렬할 수 있다.
바이오 디젤 배출부(20)에는 제 1 원형 돌출부(21)의 외측에 다수의 제 1 히터 체결구(27)와 다수의 제 1 지지대 체결구(28)가 형성될 수 있다. 그리고 분배구 형성부(30)에는 제 2 원형 돌출부(31)의 외측에 제 1 히터 체결구(27)와 대응하는 위치에 제 2 히터 체결구(37)가 형성되고, 제 1 지지대 체결구(28)와 대응하는 위치에 제 2 지지대 체결구(38)가 형성될 수 있다. 따라서 히터(5)가 제 1 히터 체결구(27)와 제 2 히터 체결구(37) 사이에 배치되어 극소 반응기에서의 반응 온도를 조절할 수 있다. 지지대(6)가 제 1 지지대 체결구(28)와 제 2 지지대 체결구(38) 사이에 배치되어 바이오 디젤 배출부(20)와 분배구 형성부(30)를 지지할 수 있다.
1; 배출구 2; 알코올 주입구
3; 유지 주입구 5; 히터
10; 바디 20; 바이오 디젤 배출부
30; 분배구 형성부 32; 알코올 안내로
32a; 알코올 분배구 36; 유지 안내로
36a; 유지 분배구 40; 제 1 반응 유로 형성부
50; 반응물 안내구 형성부 60; 제 2 반응 유로 형성부
70; 공동구 형성부
3; 유지 주입구 5; 히터
10; 바디 20; 바이오 디젤 배출부
30; 분배구 형성부 32; 알코올 안내로
32a; 알코올 분배구 36; 유지 안내로
36a; 유지 분배구 40; 제 1 반응 유로 형성부
50; 반응물 안내구 형성부 60; 제 2 반응 유로 형성부
70; 공동구 형성부
Claims (1)
- 알코올을 제 1 원주 상에 형성된 다수개의 알코올 분배구를 통해 분배하고, 유지를 상기 제 1 원주의 외측에서 정의되는 제 2 원주 상에 상기 다수개의 알코올 분배구와 대응하여 형성된 다수개의 유지 분배구를 통해 분배하는 분배구 형성부;
상기 분배구 형성부의 상측에 배치되고, 각각이 상기 알코올 분배구와 대응하는 위치의 알코올 유입단과 상기 유지 분배구와 대응하는 위치의 유지 유입단 사이를 연결하는 다수개의 제 1 반응 유로가 형성된 제 1 반응 유로 형성부;
상기 제 1 반응 유로 형성부의 상측에 배치되고, 다수개의 반응물 안내구가 상기 각각의 제 1 반응 유로의 상기 알코올 유입단과 상기 유지 유입단 사이의 소정 혼합 지점과 대응하는 위치에 형성되어 상기 반응물을 상측으로 안내하는 반응물 안내구 형성부; 및
상기 반응물 안내구 형성부의 상측에 배치되고, 상기 다수개의 반응물 안내구를 통해 유입된 반응물을 안내하는 제 2 반응 유로를 형성하는 제 2 반응 유로 형성부를 포함하고,
상기 제 2 반응 유로 형성부는,
하측으로부터 상기 반응물이 유입되는 유입단과 상기 유입단보다 외측 또는 내측에 위치된 배출단을 연결하는 수평 유로를 형성하는 적어도 하나의 수평 유로 형성 패널; 및
상기 수평 유로 형성 패널의 상측에 배치되며, 다수개의 수직 유로가 상기 각각의 수평 유로의 배출단과 대응되는 위치에 형성되어 상기 반응물을 상측으로 안내하는 적어도 하나의 수직 유로 형성 패널을 포함하고,
상기 수평 유로는 상기 유입단에서 상기 배출단을 향해 지그 재그 형태로 형성되고,
상기 수평 유로 형성 패널은
상기 반응물 안내구 형성부 상측에 배치되며, 각각이 상기 반응물 안내구와 연결되는 다수개의 제 1 패턴의 수평 유로가 형성되고, 제 1 패턴의 수평 유로는 상기 반응물 안내구와 연결된 유입단과 상기 유입단보다 내측 또는 외측에 위치된 중간 지점을 연결하는 제 1 방향 유로 및 상기 중간 지점과 상기 유입단을 기준으로 상기 중간 지점과 반대쪽에 위치된 배출단을 연결하는 제 2 방향 유로로 이루어진 제 1 패턴형 패널; 및
상기 제 1 패턴형 패널보다 상측에 배치되며, 상기 유입단에서 상기 배출단을 향해 일방향을 따라 형성된 제 2 패턴의 수평 유로가 형성된 하나 또는 둘 이상의 제 2 패턴형 패널을 포함하는, 바이오 디젤 제조용 극소 반응기.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020220036460A KR20230138641A (ko) | 2022-03-24 | 2022-03-24 | 여러 개의 디스크 형태의 패널들이 중첩된 반응 유로를 갖는 바이오 디젤 제조용 극소 반응기 |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20230138641A true KR20230138641A (ko) | 2023-10-05 |
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230138641A (ko) |
-
2022
- 2022-03-24 KR KR1020220036460A patent/KR20230138641A/ko unknown
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "The configuration of zig-zag micro-channel reactor with zig-zag mixers" Reprinted with permission from Dai et al.(2014). Copyright 2014 American Chemical Society. |
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